南美白對蝦烤制過程中水分遷移及品質(zhì)變化規(guī)律

梁 瑞，林松毅，2，3，刁華玉，陳 冬，2，3，何雪晴，孫 娜，2，3*

（1 大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院 遼寧大連116034 2 國家海洋食品工程技術(shù)研究中心 遼寧大連116034 3 海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心 遼寧大連 116034）

南美白對蝦（Penaeus vannamei），又名凡納濱對蝦，是世界三大優(yōu)良養(yǎng)殖蝦類品種之一[1]。它是一種營養(yǎng)均衡的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源，蛋白質(zhì)含量高達(dá)18.71%，富含8 種人體必需氨基酸和大量維生素和礦物質(zhì)[2]。為了防止南美白對蝦捕撈后腐爛變質(zhì)，大部分的南美白對蝦捕撈后進(jìn)行冷凍保存，產(chǎn)品形式比較單一，難以滿足市場需求[3]。有必要研發(fā)營養(yǎng)價(jià)值高、食用品質(zhì)好的蝦類產(chǎn)品來滿足市場需求。

蝦的傳統(tǒng)熱加工方式為蒸制和煮制，隨著生活節(jié)奏的加快，蝦的加工方式需要變得更加的簡單和便捷[4]?？局剖鞘称窡峒庸み^程中的重要工序，可以迅速、均勻地將食品加熱，降低食品中的水分含量，形成獨(dú)特的食品風(fēng)味，改變食品的色澤和質(zhì)構(gòu)[5]。食品中水分對于其質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、口感等均有很大的影響，能夠直接影響到消費(fèi)者的接受程度。董志儉等[6]研究發(fā)現(xiàn)烤制可使魷魚水分含量有效減少，損失的水分主要為不易流動水和結(jié)合水，提升了魷魚的口感。南美白對蝦中水分含量高達(dá)70%，目前在水分影響南美白對蝦烤蝦品質(zhì)的研究中，主要集中在水分含量變化對烤蝦品質(zhì)的影響[7-8]，而對烤制過程中水分遷移規(guī)律缺乏深入的研究。食品的色澤、口感、風(fēng)味等品質(zhì)決定了消費(fèi)者的選購意愿。合適的烤制工藝可有效改善南美白對蝦的色澤、質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味等品質(zhì)。

本研究用低場核磁共振（Low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）和磁共振成像（Magnetic resonance imaging，MRI）技術(shù)，從微觀角度監(jiān)測南美白對蝦在烤制過程中水分狀態(tài)和分布，分析不同烤制條件下其水分遷移規(guī)律；結(jié)合色度、質(zhì)構(gòu)等特性探討烤制條件對蝦品質(zhì)的影響。采用氣相-離子遷移譜（Gas chromatography-ion migration spectrometry，GC-IMS）技術(shù)分析形成烤蝦特有香味的揮發(fā)性有機(jī)物。以期為南美白對蝦的精深加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

冷凍南美白對蝦，購于遼寧省大連市新智聯(lián)農(nóng)貿(mào)市場，每公斤30～40 只。

1.2 主要試劑

牛血清蛋白，生工生物工程（上海）股份有限公司；三羥甲基氨基甲烷，北京索萊寶科技有限公司。

1.3 主要儀器與設(shè)備

MesoQMR23-060H 核磁共振成像分析儀，上海紐邁有限公司；TA.XT 質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems 公司；UltraScan PRO測色儀，美國Hunter Lab公司；冷凍離心機(jī)，美國Thermo Fisher 公司；M200 酶標(biāo)定量測定儀，瑞士Tecan Infinite 公司；FlavourSpec風(fēng)味分析儀，德國 G.A.S.公司。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 南美白對蝦烤制方法 將整只南美白對蝦放入預(yù)熱好的烤箱中，在不同溫度（180，200，220℃）下分別加熱3，6，9，12，15，18 min，烤制完成后迅速用錫紙包裹放入碎冰上進(jìn)行冷卻，冷卻到室溫后即時(shí)測試相關(guān)指標(biāo)。

1.4.2 低場核磁共振波譜的測定 將不同溫度、不同時(shí)間烤制的南美白對蝦放入MesoQMR23-060H 核磁共振成像分析儀的60 mm 直徑的射頻線圈的中心。Carr-Pur-cell-Meiboom-Gill 序列（CPMG）弛豫信號使用參數(shù)為：P1 為23 μs，P2 為42 μs，Tw 為3 000 ms，RG1 為10，DRG1 為1，PRG 為2，NECH 為1 500，Ns 為8。使 用Multi ExpInv Analysis 軟件，結(jié)合迭代重建技術(shù)對CPMG 弛豫數(shù)據(jù)進(jìn)行多指數(shù)擬合，通過擬合，得到弛豫時(shí)間、峰面積。對反演后的數(shù)據(jù)進(jìn)行單位質(zhì)量處理，作為分析各組分變化的依據(jù)。

1.4.3 磁共振成像 將不同溫度、不同時(shí)間烤制的南美白對蝦放入60 mm 直徑的射頻線圈的中心，由核磁共振成像分析儀的成像軟件獲得磁共振圖像。由核磁共振成像分析儀的成像軟件獲得磁共振圖像。使用SE 成像序列獲得質(zhì)子密度加權(quán)圖像。成像參數(shù)設(shè)定：頻率編碼步數(shù)為256；相位編碼步數(shù)為192，視野為100 mm×100 mm，掃描次數(shù)為2，回波時(shí)間為20 ms，氫質(zhì)子加權(quán)成像的重復(fù)時(shí)間為2 100 ms。使用軟件Osirix（OsiriX Life v.7.0.4，Geneva，Switzerland）繪制偽彩色圖像。

1.4.4 色度的測定 利用測色儀測定烤制后南美白對蝦（帶殼）第二腹節(jié)表面的顏色，包括L*、a*和b*。色差ΔE 的計(jì)算公式如下：

式中，L0*、a0*及b0*值是新鮮南美白對蝦的亮度、紅度和黃度，L*、a*和b*值是烤制過程中南美白對蝦的亮度、紅度和黃度。

1.4.5 質(zhì)構(gòu)的測定 將烤制后的南美白對蝦進(jìn)行脫殼，選擇蝦仁的第二腹節(jié)進(jìn)行測定。探頭型號為P50，測試前、中、后速度分別為2，1，1 mm/s，壓縮程度50%，壓2 次，隔5 s，由計(jì)算機(jī)軟件直接得到硬度、咀嚼性、彈性以及黏聚性的數(shù)據(jù)結(jié)果。

1.4.6 肌原纖維蛋白相對提取率的測定 稱取3.0 g 切碎后的蝦肉樣品，加入10 倍的0.02 mol/L Tris-HCl 緩沖液（pH 7.0，含0.05 mol/L KCl），8 000 r/min 條件下均質(zhì)1 min，在4 ℃、10 000 r/min 條件下離心20 min，收集沉淀，操作重復(fù)一次。將3 倍的0.02 mol/L Tris-HCl 緩沖液（pH 7.0，含0.6 mol/L KCl）加入沉淀，8 000 r/min 條件下均質(zhì)1 min，在4 ℃下靜置1 h，在4 ℃、10 000×g 條件下離心15 min，收集的上清液即為肌原纖維蛋白緩沖液。采用雙縮脲法測定上清液中蛋白質(zhì)含量，即為肌原纖維蛋白含量。以新鮮南美白對蝦的提取率為100%，計(jì)算烤制后南美白對蝦肌原纖維蛋白的相對提取率。

1.4.7 感官評價(jià) 根據(jù)SC/T 3305-2003《烤蝦》[9]中的感官要求，評價(jià)烤制后南美白對蝦的口感、滋味和氣味，采用5 分制評分。選取8 名食品專業(yè)同學(xué)組成感官評價(jià)小組。

表1 烤蝦感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standards of sensory evaluation of roast shrimp

1.4.8 氣相-離子遷移譜（GC-IMS）分析 采用FlavourSpec風(fēng)味分析儀分析南美白對蝦烤蝦的揮發(fā)性成分，將烤蝦肉打碎，稱取1 g 裝入20 mL頂空瓶中，烤蝦蝦肉在40 ℃孵育20 min。孵育后，用注射器在85 ℃自動將500 μL 頂空注入進(jìn)樣器。用N2將樣品送入FS-SE-54-CB 毛細(xì)管柱（15 m×0.53 mm）。程序流速為：0～2 min，2 mL/min；2～10 min，2～20 mL/min；10～20 min，20～100 mL/min；20～30 min，100～150 mL/min。漂移氣為N2，流量 為150 mL/min。利 用Laboratory Analytical Viewer（LAV）分析軟件及GC×IMS Library Search定性軟件對烤蝦的揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行采集和分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 軟件進(jìn)行顯著性分析，利用Origin 8.5 進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于LF-NMR 和MRI 技術(shù)解析南美白對蝦在烤制過程中的水分遷移規(guī)律

LF-NMR 是一種新型無損檢測技術(shù)，廣泛應(yīng)用于食品中水分遷移和分布狀態(tài)的研究中[10]。圖1是不同烤制溫度下南美白對蝦的T2反演譜，可觀察到4 個(gè)峰，分別為T2b、T21、T22、T23。不同峰代表的水分狀態(tài)不同[11]。T2弛豫時(shí)間的變化能夠反映水分子的流動性[12]，與水中氫質(zhì)子自由程度和結(jié)合力有關(guān)[13]。T2弛豫時(shí)間越小，表明水分與底物結(jié)合越緊密。T2b的范圍在0～2 ms，被認(rèn)為是緊密附著在南美白對蝦蛋白分子表面極性基團(tuán)上的強(qiáng)結(jié)合水；T21的范圍在2～10 ms，可能是與組織結(jié)構(gòu)相關(guān)或被困在其中的弱結(jié)合水；T22的范圍在10～100 ms，是肌原纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)的固定化水，即不易流動水；T23的范圍在100～1 000 ms，是肌原纖維結(jié)構(gòu)中的游離水，即自由水。隨著烤制時(shí)間的增加，T2反演譜整體向左移動，T22和T23顯著降低（P＜0.05，圖2）。這可能是因?yàn)楦鹘M分的水在烤制過程中不斷地被除去，組織結(jié)構(gòu)對水的束縛作用增大，導(dǎo)致了水分的流動性下降?；贛RI 技術(shù)獲取的質(zhì)子密度偽彩色圖像（圖3）中，紅色代表高質(zhì)子密度，表明樣品中的水分含量高，藍(lán)色代表低質(zhì)子密度，表明樣品中水分含量低。隨著烤制時(shí)間的增加，偽彩色圖像由紅色、黃色逐漸變?yōu)樗{(lán)色，說明了南美白對蝦中在烤制過程中含水量持續(xù)下降。

圖1 南美白對蝦在180 ℃（a）、200 ℃（b）、220 ℃（c）烤制時(shí)的T2 反演譜Fig.1 T2 inversion spectra of Penaeus vannamei baked at 180 ℃（a），200 ℃（b），and 220 ℃（c）

圖2 南美白對蝦在180 ℃（a）、200 ℃（b）、220 ℃（c）烤制時(shí)橫向弛豫時(shí)間T2 的變化Fig.2 Changes of transverse relaxation time T2 of Penaeus vannamei baked at 180 ℃（a），200 ℃（b），and 220 ℃（c）

圖3 南美白對蝦在180°C（a）、200°C（b）、220°C（c）烤制時(shí)峰面占比和偽彩色圖像Fig.3 Peak area percentage and Pseudo-color picture of Penaeus vannamei baked at 180 ℃（a），200 ℃（b），and 220 ℃（c）

低場核磁峰面積占比變化可以表征各種水組分的分布狀態(tài)和水分遷移情況[14]。從圖3 可以觀察到，南美白對蝦中的水主要是不易流動水，不易流動水的自由度介于結(jié)合水與自由水之間，容易發(fā)生轉(zhuǎn)化[12]。在180 ℃和200 ℃烤制到9 min 時(shí)，220 ℃烤制到6 min 時(shí)，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)結(jié)合水A2b和弱結(jié)合水A21所占比例顯著增加（P＜0.05），不易流動水A22所占比例顯著減?。≒＜0.05），自由水A23所占比例顯著增加（P＜0.05），說明在烤制過程中不易流動水向自由水和結(jié)合水轉(zhuǎn)化。自由水所占比例上升的原因可能是在烤制過程中南美白對蝦肌原纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮，阻止了不易流動水散失，使不易流動水向自由水發(fā)生轉(zhuǎn)化[15]。隨著烤制時(shí)間的增加，由于自由水活躍且容易散失，散失的自由水多于不易流動水轉(zhuǎn)化的自由水，自由水所占比例逐漸下降。與180 ℃與200 ℃相比，溫度更高的220 ℃、6 min 后自由水所占比例開始下降，而180℃和200 ℃時(shí)9 min 后開始下降，表明高溫可以加快水分分布的改變。

2.2 不同烤制溫度下南美白對蝦色澤隨烤制時(shí)間的變化規(guī)律

在非接觸狀態(tài)下，水產(chǎn)品的色澤可能是消費(fèi)者評判質(zhì)量的唯一標(biāo)準(zhǔn)，良好的色澤可以刺激食欲，決定消費(fèi)者的選購意愿[16]。蝦的市場價(jià)值主要取決于其體色的視覺吸引力。蝦內(nèi)的主要色素物質(zhì)是蝦青素，為蝦組織提供了紅橙色的色素[17]。未經(jīng)烤制的蝦的a*值為負(fù)值，表明新鮮的南美白對蝦的蝦青素穩(wěn)定，蝦體呈藍(lán)綠色。隨著烤制時(shí)間的增加，a*值變?yōu)檎?，說明南美白對蝦中的蝦青素受熱分解而暴露，蝦體呈紅色[18]。不同溫度條件下，隨著烤制時(shí)間的增加，南美白對蝦的a*值呈先上升后下降的趨勢。a*值的下降可能是因?yàn)槟厦腊讓ξr中游離態(tài)蝦青素受熱發(fā)生降解、氧化分解或異構(gòu)化[19]。與180 ℃和220 ℃相比，200 ℃烤制的南美白對蝦a*值更高，其在200 ℃烤制15 min時(shí)a*值達(dá)到了最大值?？偵瞀 值來反映烤制與新鮮的南美白對蝦間的色澤總體差異程度。與a*值的結(jié)果一致，200 ℃烤制的南美白對蝦ΔE 值比180 ℃和200 ℃高。200 ℃烤制15 min 和18 min的ΔE 值達(dá)到了最大值，表明其總體色澤變化程度最大。而南美白對蝦在200 ℃烤制12 min 和18 min 的a*值沒有顯著性差異（P＞0.05）。為了確定最合適的烤制條件，還需要對200 ℃烤制12，15 min 和18 min 進(jìn)行進(jìn)一步研究。

圖4 不同烤制溫度下南美白對蝦的a*（a）與ΔE（b）值Fig.4 a*（a）and ΔE（b）values of Penaeus vannamei at different baking temperature

2.3 南美白對蝦烤制過程中肌原纖維蛋白相對提取率的變化

肌原纖維蛋白提取率可以反映水產(chǎn)品的熟化程度，當(dāng)其低于10%時(shí)，水產(chǎn)品達(dá)到熟化狀態(tài)[20]。從圖5 中可以看出，南美白對蝦肉受熱后其肌原纖維蛋白的相對提取率呈先快速降低后緩慢降低?？局频? min 時(shí)，肌原纖維蛋白發(fā)生變性使肌原纖維蛋白相對提取率迅速降低。隨著烤制時(shí)間繼續(xù)增加，肌原纖維蛋白繼續(xù)降解，肌原纖維蛋白從肌纖維間逐漸流失到組織外，使肌原纖維蛋白相對提取率繼續(xù)下降[21]。200 ℃烤制9 min 時(shí)肌原纖維蛋白質(zhì)提取率為8.73%，已降至10%以下，表明此時(shí)蝦肉已經(jīng)完全熟化。

圖5 南美白對蝦烤制過程中肌原纖維蛋白相對提取率Fig.5 Changes in the relative extraction rate of myofibrilar protein of Penaeus vannamei during baking

2.4 南美白對蝦烤制過程中質(zhì)構(gòu)品質(zhì)變化規(guī)律

經(jīng)烤制后南美白對蝦口感更佳，而過度加熱，組織結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，影響口感。質(zhì)構(gòu)儀能夠客觀地反映出食品品質(zhì)特性，以量化指標(biāo)全面評價(jià)食品[22]。隨著烤制時(shí)間的增加，蝦的硬度和咀嚼性顯著增加（P＜0.05），硬度和咀嚼性增加的主要原因是烤制過程中的不斷地脫水，蝦的肌原纖維發(fā)生收縮、蛋白質(zhì)受熱變性形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使蝦肉變硬[23]。熟化后烤制的過程中彈性和粘聚性沒有顯著性變化（P＞0.05）。

圖6 南美白對蝦烤制過程中的質(zhì)構(gòu)變化Fig.6 Changes in texture of Penaeus vannamei during baking

2.5 不同烤制時(shí)間南美白對蝦烤蝦感官評價(jià)

感官評價(jià)能分析和描述食品的口感、滋味和風(fēng)味的感官特性，能夠直觀的反映消費(fèi)者對食品的接受和喜好程度。綜合考慮上述a*值、ΔE 值、肌原纖維相對提取率、質(zhì)構(gòu)品質(zhì)分析結(jié)果，選擇200℃烤制12，15，18 min 的南美白對蝦進(jìn)行感官評價(jià)。200 ℃烤制12 min 和15 min 的南美白對蝦的口感明顯優(yōu)于200 ℃烤制18 min。在對質(zhì)構(gòu)變化的研究中，18 min 的硬度和咀嚼度也顯著高于12 min 和15 min（P＜0.05），這可能是導(dǎo)致口感下降的原因。對于綜合得分來說，南美白對蝦烤制15 min 時(shí)的得分最高。綜合考慮a*值、ΔE、口感、滋味、氣味、質(zhì)構(gòu)多種因素，當(dāng)烤制溫度為200 ℃，烤制時(shí)間為15 min 時(shí)感官品質(zhì)最佳。

表2 不同烤制時(shí)間南美白對蝦烤蝦感官評分Table 2 Sensory score of Penaeus vannamei at different baking time

2.6 用GC-IMS 分析烤制的南美白對蝦的揮發(fā)性成分

通過對GC-IMS 檢測出的南美白對蝦烤制15 min 揮發(fā)性成分分析，發(fā)現(xiàn)醛類化合物在烤蝦中所占比重最高，包括戊醛、壬醛、己醛、庚醛、3-甲基丁醛和2-甲基丁醛。醛類化合物通常源于鮮蝦本身、脂肪氧化或美拉德反應(yīng)，且呈現(xiàn)出閾值較低的特點(diǎn)，具有類脂肪的香味，屬于構(gòu)成肉品特征性風(fēng)味的成分，因此醛類化合物在烤蝦的整體風(fēng)味形成有著重要貢獻(xiàn)[24-25]。酯類化合物是由脂質(zhì)代謝生成的羧酸與醇發(fā)生酯化反應(yīng)生成的產(chǎn)物，對蝦的肉味特征形成具有重要貢獻(xiàn)[26]。在烤蝦中檢測到的脂類物質(zhì)有乙酸丙酯、乙酸乙酯。有研究發(fā)現(xiàn)乙酸乙酯可以賦予產(chǎn)品果香味[27-28]。從烤蝦中檢測到了乙醇和丙酮，然而，由于醇類化合物和酮類化合物的閾值較高，對風(fēng)味的整體貢獻(xiàn)較小[29]。有研究表明烤蝦中烤肉香味主要由吡嗪類化合物產(chǎn)生的，在烤蝦肉中未被定性的物質(zhì)可能是吡嗪類化合物，可以賦予烤蝦肉烤肉香味[30-31]。

表3 南美白對蝦烤制15 min 中揮發(fā)性化合物的定性分析Table 3 Volatile compounds identified by GC-IMS of Penaeus vannamei baked for 15 min

圖7 南美白對蝦烤制15 min 的GC-IMS 分析圖Fig.7 GC-IMS analysis diagram of Penaeus vannamei baked for 15 min

3 結(jié)論

本研究采用LF-NMR 以及MRI 技術(shù)研究了南美白對蝦在烤制過程中水分狀態(tài)、含量的變化，解析了南美白對蝦在烤制過程中水分遷移規(guī)律。從T2反演譜中發(fā)現(xiàn)4 種水組分，分別為強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水、不易流動水和自由水?？局剖鼓厦腊讓ξr的弛豫時(shí)間T2變小，整體有向左移動的趨勢，說明水分的流動性下降。從偽彩色圖像觀察到南美白對蝦中內(nèi)的水分隨著烤制時(shí)間的增加不斷被脫除。通過分析不同水組分峰面積的占比，發(fā)現(xiàn)南美白對蝦中的水組分主要為不易流動水。在烤制過程中不易流動水向自由水和結(jié)合水轉(zhuǎn)化，并且高溫可以加快水分分布的改變。在烤制過程中，蝦體的a*值呈先上升后下降的趨勢。200 ℃的a*值和ΔE 值高于180 ℃和220 ℃，在200 ℃南美白對蝦烤制15 min 時(shí)的a*值和ΔE 值均達(dá)到最高，表明在200 ℃烤制15 min 的南美白對蝦色澤更佳。200 ℃烤制9 min 時(shí)的南美白對蝦肌原纖維蛋白質(zhì)提取率已降至10%以下，表明此時(shí)的南美白對蝦已完全熟化。通過對熟化后的南美白對蝦的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)進(jìn)行分析比較，發(fā)現(xiàn)硬度和咀嚼度會隨著烤制時(shí)間的增加而增大（P＜0.05），而彈性與黏聚性沒有顯著性變化（P＞0.05）。對烤制的南美白對蝦的a*值、ΔE 值、質(zhì)構(gòu)、感官評價(jià)進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)南美白對蝦在200℃烤制15 min 時(shí)最佳，此時(shí)的烤蝦富含醛類和酯類化合物，為烤蝦提供了特殊的香氣。